BR112020014991A2

BR112020014991A2 - Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico para regiões de clima quente

Info

Publication number: BR112020014991A2
Application number: BR112020014991-8A
Authority: BR
Inventors: Yuji Yamamoto; H. Tarun
Original assignee: Pranav Vikas (India) Pvt. Ltd.
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2020-12-29
Also published as: EP3743299A4; JP6952199B2; JP2021509380A; EP3743299A1; WO2019145760A1; CN111902300A; US20210031589A1; ZA202005253B

Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico compreendendo pelo menos um sistema de ar condicionado e um sistema de gerenciamento térmico de bateria, com uma bateria, para ser utilizado em região de clima quente. o sistema compreendendo: um ciclo de refrigerante que compreende um compressor, um primeiro condensador, um segundo condensador; dispositivos de expansão e um evaporador, em que o compressor sendo configurado para comprimir vapores de refrigerante através do aumento da temperatura e da pressão de um refrigerante; e em que o primeiro condensador e o segundo condensador sendo configurados para condensar alta pressão e alta temperatura do refrigerante; e um ciclo de líquido refrigerante compreendendo uma bomba de água elétrica, um trocador de calor da bateria, o primeiro condensador e um aquecedor, em que a bomba de água elétrica sendo configurada para bombear um líquido refrigerante para dentro do ciclo de líquido refrigerante, o primeiro condensador sendo configurado para aquecer o líquido refrigerante utilizando o calor capturado no ciclo do refrigerante e configurado para transferir o líquido refrigerante aquecido para o aquecedor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE GERENCIAMENTO TÉRMICO DE VEÍCULO ELÉTRICO PARA REGIÕES DE CLIMA QUENTE".

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção no presente documento descrita, em geral, refere-se ao campo do sistema de gerenciamento térmico de um veículo elétrico e, em particular, refere-se a um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico utilizado em região de clima quente.

ANTECEDENTES

[0002] Atualmente, um sistema de ar condicionado é necessário para ser fornecido em um veículo elétrico para o conforto do motorista e dos passageiros, especialmente em regiões de clima quente. Este é um sistema de gerenciamento térmico básico. Além disso, em um veículo elétrico, os novos sistemas básicos de gerenciamento térmico do sistema de transmissão são os sistemas de gerenciamento térmico da bateria, o sistema de esfriamento do motor de tração e o sistema de esfriamento do inversor, etc. Atualmente, existem várias idéias e aplicações, que tentam gerenciar o sistema de ar condicionado com outros sistemas de gerenciamento térmico.

[0003] Os sistemas conhecidos na técnica são priorizados para ter um sistema de alta eficiência energética, isto é, alto coeficiente de desempenho para o sistema de aquecimento. A eficiência do aquecimento tem sido o maior problema para veículos elétricos em todo o mundo, por exemplo, na Europa, USA, Japão, China e assim por diante, onde a maioria da área tem condições de clima moderado ou frio. Nessas regiões, o sistema de bomba de calefação com base em refrigerante CO2 = R744 será o melhor coeficiente médio de solução de desempenho, seguido pelo sistema de bomba de calefação por refrigerante R134a ou R1234yf. Mas esse tipo de sistema nem sempre é o melhor para regiões quentes como a Índia, condados da costa do Golfo, Tailândia, parte da África e países mais próximos do equador, onde a maior parte da área possui condições climáticas quentes. Para essas regiões, o sistema de bomba de calefação não é adequado, exigindo trocadores de calor, válvulas e tubos especiais para alternar os modos e controlar o sistema com eficiência, esse sistema complicado está penalizando o modo de esfriamento da COP devido a quedas de pressão adicionais por componentes adicionais. Especialmente, o sistema de bomba de calefação com dióxido de carbono é o pior para essas regiões devido ao menor coeficiente de desempenho do modo de esfriamento.

[0004] Visto que o sistema de gerenciamento térmico de veículos elétricos é o segundo maior consumidor de energia em veículos elétricos após o sistema de propulsão, é muito importante ter um sistema altamente eficiente em termos de energia para as regiões visadas, não deteriorando muito a quilometragem de condução por um tempo de carga total da bateria. Mas, ao mesmo tempo, o sistema de gerenciamento térmico de veículos elétricos deve ser razoavelmente acessível, adaptando-se às regiões visadas.

[0005] Assim, existe uma necessidade para um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico integrado, que possa ser utilizado em regiões de clima quente tendo alta eficiência energética e boa quilometragem de condução.

SUMÁRIO

[0006] É um objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico capaz de integrar pelo menos um sistema de ar condicionado e outros vários sistemas de gerenciamento térmico em um.

[0007] É um objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico capaz de gerenciar as transferências de calor utilizando o ciclo de refrigeração por compressão de vapor.

[0008] É outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico capaz de remover a arquitetura de mistura de ar em uma unidade de HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado).

[0009] É outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico com menos peso e custo, mas também menos queda de pressão no circuito de refrigerante ou no ciclo de refrigerante.

[0010] É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico tendo sistema de aquecimento de recuperação de calor integrado, o que permite uma melhor integração do aquecimento da bomba de calor.

[0011] É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico tendo controle preciso de temperatura e modo de aquecimento desumidificado.

[0012] É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico que possa ser utilizado em regiões de clima tanto quente quanto moderado.

[0013] A presente invenção no presente documento descrita refere-se a um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico utilizado na região de clima quente. O sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico que compreende pelo menos um sistema de ar condicionado e um sistema de gerenciamento térmico de bateria, com uma bateria, sendo utilizado em regiões de clima quente. O sistema compreendendo: um ciclo de refrigerante que compreende um compressor, um primeiro condensador, um segundo condensador; e um evaporador, em que o compressor sendo configurado para comprimir vapores refrigerantes, aumentando a temperatura e a pressão de um refrigerante; e em que o primeiro condensador e o segundo condensador sendo configurados para concentrar a alta pressão e a alta temperatura do refrigerante; e um ciclo de líquido refrigerante compreendendo uma bomba de água elétrica, um trocador de calor de bateria, o primeiro condensador e um aquecedor, em que a bomba de água elétrica sendo configurada para bombear um líquido refrigerante no ciclo de líquido refrigerante, o primeiro condensador sendo configurado para aquecer o líquido refrigerante utilizando o calor capturado do ciclo de refrigerante e configurado para transferir o líquido refrigerante aquecido para o aquecedor.

[0014] Em uma modalidade da presente invenção, o compressor é alimentado pela bateria para comprimir vapores refrigerantes, aumentando a temperatura e a pressão do refrigerante.

[0015] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro condensador é um trocador de calor comum entre o ciclo de refrigerante e o ciclo de líquido refrigerante.

[0016] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro condensador é um condensador esfriado com água e o segundo condensador é um condensador esfriado com ar.

[0017] Em outra modalidade da presente invenção, os vapores refrigerantes fluem através do primeiro condensador e do segundo condensador para condensar e abaixar a temperatura dos vapores refrigerantes.

[0018] Em outra modalidade da presente invenção, os vapores refrigerantes fluem do primeiro condensador e do segundo condensador para o evaporador através de um dispositivo de expansão e uma válvula de controle de fluxo.

[0019] Em outra modalidade da presente invenção, a bomba de água elétrica é alimentada pela bateria para bombear o líquido refrigerante para dentro do ciclo de líquido refrigerante.

[0020] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro condensador é configurado para aquecer o líquido refrigerante utilizando o calor residual capturado pelo primeiro condensador do ciclo de refrigerante e em que o líquido refrigerante flui da bomba de água elétrica para o aquecedor através do primeiro condensador.

[0021] Em outra modalidade da presente invenção, o líquido refrigerante de entrada do primeiro condensador já está recuperando o calor da bateria através do trocador de calor da bateria quando o aquecimento da cabina é necessário. Assim, este sistema de aquecimento é totalmente gerenciado pela recuperação de calor a partir da dissipação de calor do primeiro condensador e da bateria quando pelo menos o ar condicionado da cabina incluindo a operação do evaporador ou o esfriamento da bateria estiver funcionando. Portanto, nenhuma energia de aquecimento adicional utilizando eletricidade que diminua a quilometragem de condução é necessária. O aquecimento é necessário não apenas no inverno, mas também em outras estações para reaquecer o ar após o evaporador no HVAC para controlar a temperatura exata do ar que é comandada pelos ocupantes do veículo. Desse modo o sistema de aquecimento de recuperação pode fornecer um benefício para todas as estações, mesmo em regiões de clima quente, tendo uma capacidade necessária para suportar os requisitos dessa região.

[0022] Em outra modalidade da presente invenção, uma pluralidade de compressores e trocadores de calor é configurada no ciclo de refrigerante e no ciclo de líquido refrigerante.

[0023] Em outra modalidade da presente invenção, a passagem de desvio do refrigerante é configurada entre antes do evaporador e do compressor.

[0024] Em outra modalidade da presente invenção, o segundo condensador possui uma função de evaporador com um dispositivo de expansão adicional.

[0025] Em outra modalidade da presente invenção, o líquido refrigerante na temperatura de saída do aquecedor é controlado para ele diminuir para o nível de um trocador de calor de bateria.

[0026] Em outra modalidade da presente invenção, a temperatura do ar de saída do aquecedor é controlada por um controle de taxa de fluxo de líquido refrigerante, utilizando uma válvula de controle de fluxo.

[0027] Em outra modalidade da presente invenção, o primeiro condensador, a válvula de controle de fluxo e o refrigerador são montados diretamente.

[0028] Em outra modalidade da presente invenção, uma coluna de oscilação de corrente é configurada no ciclo de líquido refrigerante.

[0029] Em outra modalidade da presente invenção, um material de mudança de fase é alocado na coluna de oscilação de corrente como armazenamento de calor.

[0030] Em outra modalidade da presente invenção, um motor de tração e/ou um inversor são conectados em paralelo à bateria para aumentar o calor de recuperação.

[0031] Em outra modalidade da presente invenção, um trocador de calor é configurado para trocar calor do refrigerante entre a entrada do compressor e a entrada do dispositivo de expansão.

[0032] Em outra modalidade da presente invenção, um controlador de sistema é configurado para controlar a temperatura do ar de saída do núcleo do aquecedor pelo controle da taxa de fluxo do líquido refrigerante, utilizando válvula de controle de fluxo, temperatura de saída do aquecedor de leitura e diferença de temperatura do líquido refrigerante de entrada – saída da bateria pelo controle da taxa de fluxo do líquido refrigerante, utilizando a lógica de controle de rotação da bomba elétrica, temperatura e pressão de entrada e saída do compressor de leitura, e o controle de temperatura do líquido refrigerante da entrada da bateria pela lógica de controle de rotação do compressor, e controle de temperatura no carro pela lógica de controle de rotação do compressor, utilizando a entrada da temperatura do ar no carro, superfície de saída do evaporador ou dados de leitura da temperatura do ar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ANEXOS

[0033] Os objetivos, características e vantagens precedentes e adicionais da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição das modalidades exemplares com referência aos desenhos anexos, em que números iguais são utilizados para representar elementos similares.

[0034] Deve-se observar, no entanto, que os desenhos anexos ilustram apenas as modalidades típicas da presente invenção e, portanto, não devem ser considerados como limitativos do seu escopo, pois a presente matéria pode admitir outras modalidades igualmente eficazes.

[0035] A Figura 1 ilustra um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico incluindo um ciclo de refrigerante e um ciclo de líquido refrigerante de acordo com outra modalidade da presente invenção. O referido sistema é adaptado, particularmente, para regiões de clima quente.

[0036] A Figura 2 ilustra um estado máximo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, incluindo um ciclo de refrigerante e um ciclo de líquido refrigerante, que é tipicamente utilizado durante o período de esfriamento da temperatura quente da cabina e bateria para uma temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0037] A Figura 3 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, o qual é tipicamente utilizado para pré-aquecimento da cabina e bateria no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0038] A Figura 4 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, o qual é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento de recuperação, ambas as funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0039] A Figura 5 ilustra um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico incluindo um ciclo de refrigerante e um ciclo de líquido refrigerante de acordo com outra modalidade da presente invenção. O referido sistema é adaptado, particularmente, para mistura de clima moderado e clima quente.

[0040] A Figura 6 ilustra um estado máximo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, incluindo um ciclo de refrigerante e um ciclo de líquido refrigerante, que é tipicamente utilizado durante o período de esfriamento da temperatura quente da cabine e bateria para a temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0041] A Figura 7 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, que é tipicamente utilizado para pré-aquecer a cabina e a bateria no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0042] A Figura 8 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, que é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento de recuperação, ambas as funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0043] A Figura 9 ilustra o sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico de acordo com outra modalidade da presente invenção. O referido sistema é adaptado, particularmente, para regiões de clima moderado e clima frio.

[0044] A Figura 10 ilustra um modo máximo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, o qual é tipicamente utilizado para o período de esfriamento da temperatura quente da cabina e da bateria para a temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0045] A Figura 11 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, que é tipicamente utilizado para pré-aquecimento da cabina e bateria e para o aquecimento genérico, no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0046] A Figura 12 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, que é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento ativo que utilizam aquecedor elétrico, ambas as funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0047] A Figura 13 ilustra o sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico com trocador de calor do inversor e trocador de calor do motor de tração, para ter mais recuperação de calor para a função de aquecimento, em paralelo de acordo com outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0048] O que se segue apresenta uma descrição detalhada das várias modalidades da presente invenção com referência aos desenhos anexos.

[0049] As modalidades da presente invenção são descritas em detalhes com referência aos desenhos anexos. No entanto, a presente invenção não se limita a essas modalidades, as quais são fornecidas apenas para explicar mais claramente a presente invenção a uma pessoa versada na técnica da presente invenção. Nos desenhos anexos, números de referência similares são utilizados para indicar componentes similares.

[0050] O relatório descritivo pode se referir a "uma", "uma certa", "diferentes" ou "algumas" modalidades em vários locais. Isso não implica necessariamente que cada uma dessas referências seja para as mesmas modalidades ou que a característica se aplique apenas a uma única modalidade. Características únicas de diferentes modalidades também podem ser combinadas para fornecer outras modalidades.

[0051] Como utilizado nesta invenção, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a" destinam-se a incluir também as formas plurais, a menos que expressamente mencionado de outra forma. Ficará entendido ainda que os termos "inclui", "compreende", "incluindo" e ou "compreendendo", quando utilizados neste relatório descritivo, especificam a presença das características, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes mencionados, mas não exclui a presença ou adição de uma ou mais de outras das suas características, números inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos. Ficará entendido que quando um elemento é referido como "ligado" ou "conectado" ou "acoplado" ou "montado" a outro elemento, ele pode ser diretamente ligado ou conectado ou acoplado ao outro elemento ou elementos intervenientes podem estar presentes. Conforme no presente documento utilizado, o termo "e/ou" inclui qualquer uma e todas as combinações e disposições de um ou mais dos itens listados associados.

[0052] As figuras representam uma estrutura simplificada mostrando apenas alguns elementos e entidades funcionais, todos sendo unidades lógicas cuja implementação pode diferir do que é mostrado.

[0053] A Figura 1 ilustra um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 incluindo um ciclo de refrigerante R e um ciclo de líquido refrigerante C de acordo com uma modalidade da presente invenção. O referido sistema 100 é adaptado, particularmente, para regiões de clima quente.

[0054] O sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, no presente documento descrito, refere-se a um sistema integrado compreendendo pelo menos um sistema AC e um sistema de gerenciamento térmico de bateria. O sistema, em uma modalidade, pode integrar sistemas de gerenciamento térmico de motor de tração, inversor e similares.

[0055] Em uma modalidade, como pode ser vista na Figura 1, o sistema integrado 100 compreende uma unidade de bateria, uma unidade de gerenciamento térmico, uma unidade de HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) e um condensador que estão interconectados entre si. O sistema emprega princípios básicos do ciclo refrigerante de compressão de vapor R e ciclo de líquido refrigerante C juntamente com um trocador de calor do refrigerante CH.

[0056] Em uma modalidade da presente invenção, o primeiro ciclo fechado de refrigerante R compreende um compressor elétrico R2, um primeiro condensador ou um condensador esfriado a água CH2, um segundo condensador ou um condensador esfriado a ar R4, um dispositivo de expansão elétrico (EXV) R6, uma válvula de controle de fluxo R8, um evaporador R10 e uma pluralidade de tubos de conexão para conectar os componentes entre si. O compressor R2, que é alimentado por uma bateria, comprime o vapor refrigerante,

aumentando assim a temperatura e a pressão do refrigerante. Os dois condensadores CH2, R4 estão condensando o refrigerante de alta pressão e alta temperatura utilizando líquido refrigerante e ar, respectivamente, provenientes do segundo ciclo fechado de líquido refrigerante C e ar ambiente. O dispositivo de expansão elétrico R6 é utilizado para controlar a pressão do refrigerante, a temperatura e o fluxo do refrigerante antes do compressor R2 sob a lógica de controle do sistema integrado 100. Além disso, sensores de pressão e temperatura, dispostos antes e depois do compressor R2, podem ser utilizados como os dados de entrada do controlador. A válvula de controle de fluxo R8, disposta entre o dispositivo de expansão elétrico R6 e o evaporador R10, é utilizada para alternar o fluxo de refrigerante no evaporador R10 para o modo de esfriamento C ou o evaporador de desvio R10 para pré-condicionar o aquecimento ou iniciar o modo de aquecimento.

[0057] Em uma modalidade simultânea da presente invenção, o segundo ciclo fechado de líquido refrigerante C compreende uma bomba de água elétrica C6, um trocador de calor de bateria C2, o condensador esfriado com água CH2, um núcleo do aquecedor C12 ou um aquecedor HVAC C12, uma coluna de oscilação de corrente C14, um refrigerador CH4 e uma pluralidade de tubos de conexão para conectar os componentes entre si. A bomba de água C6, alimentada por uma bateria, é utilizada para bombear o líquido refrigerante, que é tipicamente uma mistura de água, etileno glicol e alguns aditivos, fluindo assim através de trocadores de calor no ciclo do líquido refrigerante C. O condensador esfriado com água CH2 é o trocador de calor comum entre dois ciclos fechados R, C. Para o ciclo do líquido refrigerante C, o condensador esfriado com água CH2 está atuando como um aquecedor de líquido refrigerante que utiliza o calor residual do primeiro ciclo fechado R, que fornece o líquido refrigerante quente ou morno ao núcleo do aquecedor C12. Além disso, utilizando uma válvula de controle de fluxo C4 antes do condensador esfriado com água CH2, o fluxo de líquido refrigerante está sendo controlado com dados de temperatura de entrada antes ou depois do núcleo do aquecedor HVAC C12, com base na lógica de controle do sistema integrado para fornecer a energia de aquecimento mínima necessária.

O retorno da temperatura do líquido refrigerante do núcleo do aquecedor C12 para a linha principal do líquido refrigerante antes da bomba de líquido refrigerante deve ser controlado da mesma forma que a temperatura antes ou após o trocador de calor da bateria C2, de modo que possa minimizar um impacto no ciclo de líquido refrigerante de esfriamento da bateria C.

A energia de aquecimento requerida deve ser controlada pela taxa de fluxo do líquido refrigerante controlada pela válvula de controle de fluxo do líquido refrigerante.

Visto que a diferença de temperatura de entrada e saída do núcleo do aquecedor será significativamente maior e a taxa de fluxo do líquido refrigerante será significativamente menor do que a aplicação típica do núcleo do aquecedor, o uso do núcleo do aquecedor de contra fluxo transversal de múltiplas passagens é preferível.

O controle de temperatura da bateria pode ser feito com a lógica de controle do sistema integrado.

Os sensores de temperatura do líquido refrigerante de entrada e saída podem ser utilizados para os dados de entrada do controlador, assim como para a própria temperatura da bateria.

Uma vez que este ciclo de líquido refrigerante C pode operar em paralelo ao ciclo de refrigerante R, o aquecedor HVAC C12 pode ter controle de temperatura, que é o esfriamento, e está em processo de retirada da umidade pelo evaporador R10 pela primeira vez e depois reaquecido pelo núcleo do aquecedor.

O reaquecimento será controlado no mínimo com relação ao ponto de vista de economia de energia, mas é necessário ajustar a umidade relativa e evitar a geração desconfortável de cheiro do evaporador tendo um limite superior de temperatura do ar de saída do evaporador. Se a temperatura da superfície do evaporador R10 estiver além do limite, a superfície do evaporador R10 irá começar a secagem da condensação da água. Nesse momento, as substâncias de origem do cheiro presas no ar serão novamente tocadas no ar, que serão percebidas pelos ocupantes como cheiro desconfortável. Assim, o reaquecimento, dependendo da configuração desejada da temperatura do ar na cabina, é requerido. O trocador de calor da bateria C2 também pode controlar a temperatura adequadamente, incluindo o aquecimento.

[0058] Além do sistema de aquecimento com recuperação de calor, o sistema de aquecimento ativo utilizando o sistema Hot Gas By- Pass está incluído neste sistema 100, que pode ser necessário para o pré-condicionamento do veículo elétrico ou iniciar um curto período no inverno, mesmo em algumas regiões de clima quente. Além disso, utilizando a válvula de controle de fluxo R8 entre o dispositivo de expansão elétrico R6 e o evaporador R10, o refrigerante pode ignorar o evaporador, não esfriando a cabina na condição fria, então após o compressor R2, no condensador esfriado com água CH2, o calor gerado na operação de compressão pode ser transferido para o líquido refrigerante para aquecimento de HVAC e bateria. Se bem que essa função pode ser removida facilmente em regiões de clima quente extremo através da remoção do tubo de desvio e da válvula de controle de fluxo antes do evaporador entre a válvula e o compressor.

[0059] Em outra modalidade da presente invenção, um sensor de baixa pressão e temperatura (LPTS) R14 e um sensor de alta pressão e temperatura (HPTS) R16 são dispostos antes e depois do compressor R2. Além disso, um sensor de temperatura de saída da bateria (BOTS) C10 e um sensor de temperatura de entrada da bateria (BITS) C8 também são dispostos no ciclo de líquido refrigerante C para medir a temperatura do líquido refrigerante quando o líquido refrigerante sai e entra no trocador de calor de gerenciamento térmico da bateria C2 Além disso, um sensor de temperatura de entrada do aquecedor (HITS) C16 está disposto entre o caminho do fluxo do aquecedor HVAC C12 e o condensador esfriado com água CH2. O sensor de temperatura de entrada do aquecedor (HITS) C16 pode ser disposto entre o caminho de fluxo do aquecedor HVAC C12 e a linha de corrente principal do líquido refrigerante entre a bomba de água elétrica C6 e o condensador esfriado com água CH4.

[0060] A Figura 2 ilustra um estado máximo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, incluindo um ciclo de refrigerante R e um ciclo de líquido refrigerante C, que é tipicamente utilizado durante o período de esfriamento da cabina quente e temperatura da bateria para a temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0061] Nesta modalidade da presente invenção, o condensador esfriado com água CH2 e o aquecedor C12 podem estar no estado inativo porque o esfriamento máximo não requer função de aquecimento, mediante o desligamento do fluxo de líquido refrigerante para o núcleo do aquecedor com a válvula de controle de fluxo lateral do líquido refrigerante.

[0062] A Figura 3 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para pré- aquecimento da cabina e bateria no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0063] Nesta modalidade da presente invenção, o evaporador R10 e o refrigerador CH4 podem estar no estado inativo porque o pré- aquecimento ou o aquecimento inicial não requerem dispositivos de esfriamento, mediante o desligamento do refrigerante no evaporador

R10 pela válvula de controle de fluxo e do refrigerante para o refrigerador CH4 pelo dispositivo de expansão R12.

[0064] A Figura 4 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento de recuperação, ambas as funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0065] A Figura 5 ilustra um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 que inclui um ciclo de refrigerante R e um ciclo de líquido refrigerante C de acordo com outra modalidade da presente invenção. O sistema desta modalidade é adaptado, particularmente, para mistura de clima moderado e clima quente.

[0066] Em uma outra modalidade da presente invenção, como pode ser visto na Figura 5, um sistema integrado para ar condicionado e esfriamento de bateria está utilizando o sistema de bomba de calor no ciclo refrigerante R. Em comparação com a primeira modalidade da presente invenção, como ilustrado na Figura 1, um dispositivo de expansão elétrico adicional R18 é utilizado para o modo de evaporador do condensador/evaporador esfriado a ar R4. Para o modo de aquecimento, ele pode absorver a energia do ar ambiente para obter um melhor coeficiente de desempenho. Porém, para o modo de evaporador, requer o dispositivo de expansão adicional R18 da mesma forma, que deve estar inoperante durante o modo de esfriamento como pode ser visto na Figura 6. Este dispositivo de expansão adicional R18 deve ter uma função totalmente aberta para evitar um circuito de passagem adicional para minimizar a queda de pressão adicional que diminui a eficiência do modo de esfriamento. Assim, este sistema é melhor para misturar clima moderado e clima quente, equilibrando a eficiência do modo de aquecimento e a eficiência do modo de esfriamento. Para minimizar os componentes no sistema, o acumulador (não visto na Figura 6) é removido desta modalidade, esperando que o dispositivo de expansão elétrico R18 possa impedir o fluxo do líquido de volta ao compressor R2. Para mitigar o risco potencial de retorno de líquido, um trocador de calor interno (IHX) pode ser disposto entre a linha de líquido de alta pressão antes do dispositivo de expansão elétrico R18 e a linha de vapor de baixa pressão antes do compressor R2. Isso irá vaporizar o refrigerante líquido graças ao aumento de temperatura provocado pela transferência de calor do refrigerante de alta pressão e alta temperatura. Ao mesmo tempo, a eficiência e/ou o desempenho do sistema também podem ser aprimorados. A aplicação do trocador de calor interno (IHX) é aplicável para a modalidade da Figura 1 da mesma forma. De qualquer modo, dependendo do comportamento do sistema, o acumulador pode ser adicionado como sistema normal de bomba de calor para esta aplicação de bomba de calor.

[0067] A Figura 6 ilustra um estado máximo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, incluindo um ciclo de refrigerante R e um ciclo de líquido refrigerante C, que é tipicamente utilizado para o período de esfriamento da temperatura quente da cabina e da bateria para a temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0068] Nesta modalidade da presente invenção, o condensador esfriado com água CH2 junto do dispositivo de expansão elétrico adicional R18 e o aquecedor C12, pode estar no estado inativo porque o esfriamento máximo não requer função de aquecimento, através do desligamento do fluxo de líquido refrigerante para o núcleo do aquecedor com válvula de controle de fluxo lateral do líquido refrigerante.

[0069] Além disso, todos os componentes adicionais criarão quedas de pressão adicionais que deterioram o coeficiente de desempenho do modo de esfriamento.

[0070] A Figura 7 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para pré- aquecimento da cabina e bateria no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0071] Nesta modalidade da presente invenção, o evaporador R10, juntamente com o dispositivo de expansão elétrico R8, é conectado com o refrigerador CH4. O refrigerador CH4 e o evaporador R10, juntamente com o dispositivo de expansão elétrico R8, podem estar no estado inativo porque o pré-aquecimento ou o aquecimento inicial não requerem dispositivos de esfriamento, mediante o desligamento do refrigerante no evaporador R10 pela válvula de controle de fluxo R6 e do refrigerante para o refrigerador CH4 pelo dispositivo de expansão elétrico.

[0072] A Figura 8 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento de recuperação, ambas as funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0073] Nesta modalidade da presente invenção, o dispositivo de expansão elétrico adicional R18 pode estar no estado inativo. Este dispositivo de expansão adicional R18 deve ser totalmente aberto para minimizar a queda de pressão adicional que diminui a eficiência do modo de esfriamento. Ou é necessário alocar uma linha de passagem do dispositivo de expansão. De qualquer forma, a queda de pressão é maior do que aquela da Figura 1. Assim, esse sistema é melhor para misturar clima moderado e clima quente, equilibrando a eficiência do modo de aquecimento e a eficiência do modo de esfriamento.

[0074] A Figura 9 ilustra o sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com outra modalidade da presente invenção. O referido sistema é adaptado, particularmente, para regiões de clima moderado e clima frio.

[0075] Em outra modalidade da presente invenção, como pode ser visto na Figura 9, um sistema separado típico para ar condicionado e para o sistema de gerenciamento térmico da bateria utiliza um sistema exclusivo de bomba de calor no sistema de ar condicionado. Somente o compressor e a unidade de esfriamento (CEFM) são compartilhados. Esta modalidade requer um acumulador independente R22 para atender tanto o modo de esfriamento quanto o modo de aquecimento do ar condicionado, o qual é normalmente integrado ao condensador esfriado a ar como um tanque receptor com função moduladora de subrefrigerador para a modalidade ilustrada na Figura 1 e para a modalidade ilustrada na Figura 5. Este sistema é bom para manipular dois ciclos de forma independente. No entanto, visto que o aquecimento com recuperação de calor não está disponível, que pode ter uma capacidade suficiente para operação no modo de controle de região moderada ou quente, não é ideal para as ditas regiões. Além disso, para ter funções de esfriamento e aquecimento ao mesmo tempo no modo de controle de reaquecimento ou modo de aquecimento desumidificador, um aquecedor de PTC de ar adicional R24 é necessário. Caso contrário, o sistema elétrico do aquecedor de água e do núcleo do aquecedor e/ou o sistema de recuperação de calor do motor de tração / inversor são necessários para fornecer água quente ao aquecedor HVAC R26. Tudo acima nem sempre é necessário para as referidas regiões.

[0076] Em outra modalidade da presente invenção, a carga de esfriamento adicional pode ser integrada a partir do motor de tração,

inversor ou similar. Dependendo da carga total de calor, o usuário pode escolher entre a modalidade ilustrada na Figura 1 e a modalidade ilustrada na Figura 5.

[0077] Em outra modalidade da presente invenção, como pode ser visto na Figura 9, o aquecedor de coeficiente de temperatura positivo (PTC) R24 está disposto na unidade HVAC juntamente com o aquecedor HVAC R26. Além disso, o acumulador R22 está disposto no ciclo de refrigerante R para coletar refrigerante em fase líquida na coluna de oscilação de corrente C14 que libera o refrigerante em fase de vapor para o compressor R2 para impedir o refluxo do líquido e, ao mesmo tempo, para manter a adaptação do refrigerante adicional na flutuação de demanda do sistema. Além disso, uma válvula de controle de fluxo R20 também está disposta entre o caminho de fluxo do aquecedor HVAC R26 e o condensador/evaporador esfriado com ar R4. A válvula de controle de fluxo R20 está adicionalmente conectada ao compressor R2.

[0078] A Figura 10 ilustra um modo de esfriamento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para o período de esfriamento da temperatura quente da cabina e bateria para a temperatura controlada, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0079] Nesta modalidade da presente invenção, o aquecedor de PTC R24, o aquecedor HVAC R26 e o aquecedor elétrico C12 podem estar no estado inativo.

[0080] A Figura 11 ilustra um modo de aquecimento e um modo de desembaciamento/derretimento do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico, que é tipicamente utilizado para pré-aquecimento da cabina e bateria, e aquecimento genérico, no inverno, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0081] Nesta modalidade da presente invenção, o evaporador

HVAC R10 do ciclo refrigerante R e do refrigerador CH4 do ciclo de líquido refrigerante C juntamente com suas respectivas válvulas expansivas R8, R12, pode estar no estado inativo.

[0082] A Figura 12 ilustra um modo de controle de temperatura do sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100, que é tipicamente utilizado para modos de operação genéricos utilizando esfriamento ativo e aquecimento ativo que utiliza aquecedor elétrico, ambas funções ao mesmo tempo, de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0083] Nesta modalidade da presente invenção, apenas o aquecedor HVAC R26, juntamente com o dispositivo de expansão R18, pode estar no estado inativo. No entanto, para ter funções de esfriamento e aquecimento ao mesmo tempo no modo de controle de reaquecimento ou modo de aquecimento desumidificador, o aquecedor de PTC de ar adicional R24 deve ser operacional que consome energia elétrica adicional. Caso contrário, o aquecedor elétrico de água C12 e o sistema central do aquecedor e/ou o sistema de recuperação de calor do motor de tração/inversor são necessários para fornecer água quente ao aquecedor HVAC R26. Tudo acima nem sempre é necessário para as referidas regiões. Este sistema pode ter aquecimento ativo e potente para todas as condições, o qual é totalmente adaptado para as regiões moderadas ou frias.

[0084] A Figura 13 ilustra o sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 com trocador de calor do inversor I, II e trocador de calor do motor de tração M, M1, para ter mais recuperação de calor para a função de aquecimento, em paralelo de acordo com outra modalidade da presente invenção.

[0085] Em outra modalidade, como pode ser vista na Figura 13, uma unidade de motor M e uma unidade de inversor I são dispostas em comunicação elétrica com a unidade de bateria B e fazem parte do ciclo de esfriamento ou do circuito de esfriamento. Além disso, uma válvula de motor MV1, uma válvula de bateria BV1 e uma válvula inversora IV1 são dispostas antes do trocador de calor do motor M1, do trocador de calor da bateria B1 e do trocador de calor do inversor I1, respectivamente. Uma pluralidade de sensores de temperatura TS1, TS2, TS3, TS4 também estão dispostos ao lado da unidade do motor M, da unidade de bateria B e da unidade inversora I no ciclo de líquido refrigerante.

[0086] No caso de mais energia de aquecimento necessária para as regiões moderadas, mais recuperação de calor será eficaz. Normalmente, a temperatura de controle do motor de tração e do inversor é significativamente mais elevada do que a temperatura de controle da bateria. É por isso que esses dispositivos podem ser esfriados com líquido refrigerante utilizando ar ambiente com radiador esfriado com ar. Se a capacidade necessária for grande o suficiente, o sistema de esfriamento do sistema de transmissão independente será adequado. Se for pequeno o suficiente para integrá-lo no sistema da Figura 1 ou Figura 5, as capacidades do refrigerador e do e- compressor serão aumentadas de acordo com o requisito adicional. Visto que as regiões quentes não requerem tanta capacidade de aquecimento, isso pode ser viável para regiões menos quentes.

[0087] Assim, a presente invenção fornece uma solução para o sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico para regiões de clima quente a partir do veículo elétrico que utiliza os princípios básicos do ciclo de refrigerante de compressão de vapor e do ciclo de líquido refrigerante de fase única, e que compreende um ou vários compressores elétricos, uma condensador esfriado com água como um trocador de calor comum para dois ciclos, um condensador esfriado com ar, 2 dispositivos de expansão, 1 válvula de controle de fluxo no ciclo de líquido refrigerante antes do condensador esfriado com água, um ou vários evaporadores, um ou vários núcleos de aquecedor, um refrigerador como um trocador de calor comum para dois ciclos, um ou vários trocadores de calor da bateria, uma ou várias bombas de água elétricas, uma coluna de oscilação de corrente e tubos de conexão.

[0088] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades específicas, esta descrição não pretende ser interpretada em um sentido limitativo. Várias modificações das modalidades descritas, assim como as modalidades alternativas da invenção, tornar-se-ão evidentes para as pessoas versadas na técnica após referência à descrição da invenção. Portanto, é contemplado que tais modificações possam ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo da presente invenção conforme definido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico compreendendo pelo menos um sistema de ar condicionado e um sistema de gerenciamento térmico de bateria, com uma bateria, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: um ciclo de refrigerante R compreendendo pelo menos um compressor R2, um primeiro condensador CH2, um segundo condensador R4, dispositivos de expansão, um refrigerador CH4 e um evaporador R10, em que o compressor R2 sendo configurado para comprimir vapores de refrigerante através do aumento da temperatura e a pressão de um refrigerante; e em que o primeiro condensador CH2 e o segundo condensador R4 sendo configurados para condensar alta pressão e alta temperatura do refrigerante; e um ciclo de líquido refrigerante C compreendendo uma bomba de água elétrica C6, um trocador de calor da bateria C2, o primeiro condensador CH2 e um aquecedor C12, em que a bomba de água elétrica C6 sendo configurada para bombear um líquido refrigerante para dentro do ciclo de líquido refrigerante C, o primeiro condensador CH2 sendo configurado para aquecer o líquido refrigerante utilizando o calor capturado do ciclo de refrigerante R e configurado para transferir o líquido refrigerante aquecido para o aquecedor C12.

2. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compressor R2 é alimentado pela bateria para comprimir vapores de refrigerante através do aumento da temperatura e a pressão do refrigerante.

3. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico

100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro condensador CH2 é um trocador de calor comum entre o ciclo de refrigerante R e o ciclo de líquido refrigerante C.

4. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro condensador CH2 é um condensador esfriado com água e o segundo condensador R4 é um condensador esfriado com ar.

5. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os vapores de refrigerante fluem através do primeiro condensador CH2 e do segundo condensador R4 para abaixar a temperatura e a pressão dos vapores de refrigerante.

6. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os vapores de refrigerante fluem do primeiro condensador CH2 e do segundo condensador R4 para o evaporador R10 através de um dispositivo de expansão elétrico R6 e uma válvula de controle de fluxo R8.

7. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba de água elétrica C6 é alimentada pela bateria para bombear o líquido refrigerante para dentro do ciclo de líquido refrigerante C.

8. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro condensador CH2 é configurado para aquecer o líquido refrigerante utilizando o calor residual capturado pelo primeiro condensador CH2 do ciclo de refrigerante R e em que o líquido refrigerante flui da bomba de água elétrica C6 para o aquecedor C12 através do primeiro condensador CH2.

9. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico

100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de compressores e trocadores de calor são configurados no ciclo de refrigerante R e no ciclo de líquido refrigerante C.

10. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de desvio de refrigerante é configurada entre antes do evaporador R10 e do compressor R2.

11. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo condensador R4 possui uma função de evaporador com um dispositivo de expansão adicional R12.

12. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o líquido refrigerante de temperatura de saída do aquecedor C12 é controlado para abaixá-lo ao nível de um trocador de calor da bateria C2.

13. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do ar de saída do aquecedor C12 é controlada por um controle de taxa de fluxo de líquido refrigerante, utilizando meios de controle de distribuição de fluxo para dividir o fluxo total de líquido refrigerante entre o aquecedor e o refrigerador.

14. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro condensador CH2, a válvula de controle de fluxo C4 e o refrigerador CH4 são montados diretamente.

15. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma coluna de oscilação de corrente C14 é configurada no ciclo de líquido refrigerante C.

16. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um material de mudança de fase é alocado na coluna de oscilação de corrente C14 como armazenamento de calor.

17. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um motor de tração e/ou um inversor são conectados em paralelo à bateria para aumentar o calor de recuperação.

18. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1 e a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um trocador de calor é configurado para trocar calor do refrigerante entre o compressor R2 e o dispositivo de expansão R6.

19. Sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico 100 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um controlador de sistema está configurado para controlar a temperatura do ar de saída do núcleo do aquecedor através do controle da taxa de fluxo do líquido refrigerante, utilizando válvula de controle de fluxo, temperatura de saída do aquecedor de leitura e diferença de temperatura do líquido refrigerante de entrada – saída da bateria através do controle da taxa de fluxo do líquido refrigerante, utilizando a lógica de controle de rotação da bomba elétrica, temperatura e pressão de entrada e saída do compressor de leitura e controle de temperatura do líquido refrigerante de entrada da bateria pela lógica de controle de rotação do compressor e controle de temperatura no carro pela lógica de controle de rotação do compressor, utilizando entrada da dados de leitura da temperatura no carro e temperatura de saída do evaporador.